基于数字岩石力学的煤岩数据采集、管理与评估方法技术

本发明专利技术涉及煤矿煤岩数字化技术及应用领域，尤其涉及一种基于数字岩石力学的煤岩数据采集、管理与评估方法。包括获取煤岩心样品并记录钻孔采样信息和煤岩心样品信息，采集煤岩心基础物理属性与细观结构参数，采集煤岩心力学指标参数，构建数字煤岩心库，进行煤岩心力学指标参数快速无损评估。本发明专利技术提高了煤岩数据管理效率与数据深度应用分析的能力，减少了建设实体煤岩心库所需土地及费用；提供了多种功能模块方便快速访问与查看煤岩心内部三维结构及相关参数；本发明专利技术还提升了煤岩心力学指标参数评估的精度与效率，为煤炭开发过程所需的开采设计、安全评价、灾害防治等工作提供了一种快速高效的决策支撑。一种快速高效的决策支撑。一种快速高效的决策支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于数字岩石力学的煤岩数据采集、管理与评估方法


[0001]本专利技术涉及煤矿煤岩数字化技术及应用领域，尤其涉及一种基于数字岩石力学的煤岩数据采集、管理与评估方法。

技术介绍

[0002]煤岩心是反映地下地质及矿产情况最为重要的实物地质资料。随着煤炭领域数字化转型的趋势愈发显著，对于地质资料完整性的需求也日益提高，而煤岩心资料是构建数字化场景的底层支撑，因此，煤炭领域煤岩心资料长期保存和充分利用的需求已经近在咫尺，而由于实体煤岩心占地空间大、检索效率低等问题的制约，煤岩心的数字化迫在眉睫。
[0003]煤岩心数字化技术是将现实世界的煤岩心等比例等细节映射到虚拟空间中，其中最常用手段为X射线CT扫描及三维重建技术。CT全称是Computed Tomography，是计算机断层扫描技术，其物理原理是X射线穿过煤岩心后，由于煤岩心内部密度不同导致射出射线的能级不同，进而获得煤岩心内部结构；煤岩心经过X射线扫描后的图像，通过计算机对扫描切片进行三维重建获得煤岩心三维模型。数字岩石力学是在煤岩心全面数字化的前提下，利用机器学习与人工智能的方法，解决岩石工程中的力学问题，相关技术对于煤炭领域具有较好的参考价值，在煤炭地下资源勘探与开发、煤层气储层分析与水力压裂增透等方面发挥着重要作用。
[0004]然而，现阶段煤炭领域内对于煤岩心的利用尚缺乏标准化的理念以及对应的数字化技术装备手段。因此构建具有煤岩多维数据标准化采集、结构化存储、低门槛获取、大深度挖掘功能的数字煤岩心库，并能以此构建煤岩参数的快速无损评估算法，解决煤矿获取煤岩心全面数据难度大、数据利用效率低的难题具有重大意义。
[0005]对于煤矿而言，煤岩物理属性、结构信息以及力学行为信息是制定施工方案、设计措施参数的关键依据，对于科研院所而言，上述信息是开展基础研究、获得高质量结论的根本保障。但煤矿不具有自我测试煤岩相关属性参数的能力，而科研院所获取可靠结论所依赖的数据量又极大，由此，导致了目标客户获取相关数据时间成本和经济成本均较高的状况，而各目标客户之间多存在共享障碍，由此造成了同一矿井同一区域多方重复测试的状况。
[0006]煤矿和科研院所对于煤岩基本信息的测试是开展相关工作的基础，多年的积累已经拥有了大量的煤岩心数据，但由于未能实现统一管理，致使数据格式多样、存储媒介混乱，即便客观存在对于上述数据深度挖掘、有效利用的需求，但限于手段的缺失，导致该问题一直未能被真正解决，大量数据在服务完对应项目后即被置之不用。此外，同样是由于已有数据在目标客户间的共享障碍，造成单一机构数据体量较为有限，在真正进行数字化背景下海量数据挖掘工作时，则表现出支撑能力不足的弊端。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题，本专利技术提出一种基于数字岩石力学的煤岩数据采集、管理与
评估方法，包括如下步骤：步骤一：获取煤岩心样品并记录钻孔采样信息和煤岩心样品信息，所述钻孔采样信息主要是指某一取心钻孔的信息，所述煤岩心样品信息是指具体到某一煤岩心样品的信息，将记录的钻孔采样信息和煤岩心样品信息制作成电子档案；钻孔采样信息和煤岩心样品信息的电子档案按照多级分类，建立对应的文件夹进行本地存储；步骤二：使用可移动式CT扫描系统进行煤岩心样品基础数据的近场采集，对煤岩心样品进行CT扫描，扫描数据以切片形式存储到该煤岩心样品对应的文件夹中；通过对煤岩心样品进行CT扫描能够进一步获得煤岩心基础物理属性与细观结构参数，将煤岩心基础物理属性与细观结构参数制作成电子档案，并存储到对应的文件夹内；步骤三：通过实验室力学实验进行煤岩心力学指标参数采集，将获取的煤岩心力学指标参数信息制作成电子档案，并存储到对应的文件夹内；步骤四：构建数字煤岩心库，以Windows作为开发平台，采用关系型数据库Microsoft Acess为载体，采用B/S网络服务架构，建立数字煤岩心库；所述数字煤岩心库包括5个功能模块，分别为煤岩心数据上传模块、煤岩心数据搜索模块、煤岩心数据可视化模块，煤岩心数据管理模块和煤岩心数据存储模块；步骤五：煤岩心力学指标参数快速无损评估。
[0008]优选的，步骤一中，采用三级分类，一级文件夹名称为矿井名称+矿区代码，文件夹中包含取心钻孔分布图及矿井基础地质资料，还包括二级文件夹；二级文件夹名称为矿井内的取心钻孔的钻孔编号，存储内容包括上级矿井内的所有取心钻孔，不同的取心钻孔分别形成一个二级文件夹；三级文件夹存储内容包括上级取心钻孔内的所有煤岩心，每个煤岩心形成一个三级文件夹，所述三级文件夹名称为地层名称+地层编号+煤岩心编号，所述三级文件夹包括对应煤岩心所有的数据。
[0009]优选的，步骤三中，采用单轴/三轴压缩
‑
在位CT扫描系统对加工好的煤岩心试样进行力学加载与CT扫描实验，记录煤岩心试样失稳破坏过程，获得煤岩心试样在单轴/三轴压缩条件下的应力应变关系，获得煤岩心试样裂隙演化过程及特征规律，保存至该煤岩心所对应的文件夹内。
[0010]优选的，所述煤岩心数据上传模块分为手动上传和批量上传。
[0011]优选的，所述煤岩心数据搜索模块分为逐级搜索与特征搜索，所述逐级搜索是根据煤岩心所在位置逐级搜索到目标煤岩心；所述特征搜索是根据煤岩心的数据特征搜索到目标煤岩心。
[0012]优选的，基于Openinventor平台开发煤岩心数据可视化模块，煤岩心数据可视化模块能够对CT扫描图像进行三维可视化展示，并具备放大、缩小、移动基础操作功能以及切片展示、透明度调整高阶操作功能。
[0013]优选的，所述煤岩心数据管理模块对不同用户群体提供不同的操作权限，对各类存储数据实时更新、按需查询、分类提取、删除。
[0014]优选的，步骤五中，对某一区域、同一成岩年代、同类型煤岩心的基础物理属性与细观结构参数、力学指标参数进行统计，给出该区域内同一成岩年代、同类型煤岩心参数的平均值，作为该区域内相关参数取值的参考值。
[0015]优选的，步骤五中，针对新采集的煤岩心样品，通过以CT扫描为主的无损探测方法
获得新采集的煤岩心样品的切片图像、基础物理属性与细观结构参数，调取数字煤岩心库内同一区域的煤岩心数据，筛选多组切片图像、基础物理属性与细观结构参数最相近的煤岩心数据，计算新采集的煤岩心样品与数据库中筛选出的最相近的煤岩心样品的闵式距离，采用反距离加权插值方法，快速估算新采集的煤岩心样品的相关力学指标参数数据。
[0016]优选的，进一步通过实验室力学实验对新采集的煤岩心样品进行力学指标参数采集，并将实测获得的力学指标参数与快速无损评估的参数进行对比，验证快速无损评估的有效性，同时将新采集的煤岩心数据上传至数字煤岩心库。
[0017]本专利技术实现的有益效果如下：本专利技术采用煤岩心数字化采集方法，将煤岩心采集过程中的全部信息进行快速的数字化存储与管理，提高了数据管理效率与后续进一步应用分析的能力；配套地，采用数字煤岩心库对煤岩心数据进行管理，相对于现有技术来说，不仅减少了建设实体煤岩心库所需土地及费用，还提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字岩石力学的煤岩数据采集、管理与评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：获取煤岩心样品并记录钻孔采样信息和煤岩心样品信息，所述钻孔采样信息主要是指某一取心钻孔的信息，所述煤岩心样品信息是指具体到某一煤岩心样品的信息，将记录的钻孔采样信息和煤岩心样品信息制作成电子档案；钻孔采样信息和煤岩心样品信息的电子档案按照多级分类，建立对应的文件夹进行本地存储；步骤二：使用可移动式CT扫描系统进行煤岩心样品基础数据的近场采集，对煤岩心样品进行CT扫描，扫描数据以切片形式存储到该煤岩心样品对应的文件夹中；通过对煤岩心样品进行CT扫描能够进一步获得煤岩心基础物理属性与细观结构参数，将煤岩心基础物理属性与细观结构参数制作成电子档案，并存储到对应的文件夹内；步骤三：通过实验室力学实验进行煤岩心力学指标参数采集，将获取的煤岩心力学指标参数信息制作成电子档案，并存储到对应的文件夹内；步骤四：构建数字煤岩心库，以Windows作为开发平台，采用关系型数据库Microsoft Acess为载体，采用B/S网络服务架构，建立数字煤岩心库；所述数字煤岩心库包括5个功能模块，分别为煤岩心数据上传模块、煤岩心数据搜索模块、煤岩心数据可视化模块，煤岩心数据管理模块和煤岩心数据存储模块；步骤五：煤岩心力学指标参数快速无损评估，对某一区域、同一成岩年代、同类型煤岩心的基础物理属性与细观结构参数、力学指标参数进行统计，给出该区域内同一成岩年代、同类型煤岩心参数的平均值，作为该区域内相关参数取值的参考值；针对新采集的煤岩心样品，通过以CT扫描为主的无损探测方法获得新采集的煤岩心样品的切片图像、基础物理属性与细观结构参数，调取数字煤岩心库内同一区域的煤岩心数据，筛选多组切片图像、基础物理属性与细观结构参数最相近的煤岩心数据，计算新采集的煤岩心样品与数据库中筛选出的最相近的煤岩心样品的闵式距离，采用反距离加权插值方法，快速估算新采集的煤岩心样品的相关力学指标参数数据。2.根据权利要求1所述的煤岩数据采集、管理与评估方法，其特征在于，步骤一中，采用三级分类，一级文件夹名称...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海涛，杨冠宇，石晓闪，张海宽，薛珊珊，杜伟升，杨森森，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：